JP7794872B2 - Carbon dioxide capture equipment - Google Patents
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Description
本発明は、二酸化炭素回収装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide capture device.
従来、熱媒体を利用して対象機器を加温や冷却を行うシステムにおいてヒートポンプ等の熱源器を利用する技術が知られている。この種の技術が記載されるものとして例えば特許文献1がある。特許文献1は、空調空間を所定の温度・湿度状態に保つ省エネルギー型換気空調システムに関するものである。 Technology that utilizes a heat source such as a heat pump in a system that uses a heat medium to heat or cool target equipment is known. This type of technology is described, for example, in Patent Document 1. Patent Document 1 relates to an energy-saving ventilation and air-conditioning system that maintains an air-conditioned space at a specified temperature and humidity.
ところで、吸着材を保持するモジュールに対し、二酸化炭素を含む空気等の気体を吸引して吸着材に吸着させ、吸着材を減圧加熱して吸着した二酸化炭素を脱離して二酸化炭素の回収を行う二酸化炭素回収装置においても、ヒートポンプ等の熱源器が利用されている。 Incidentally, heat pumps and other heat sources are also used in carbon dioxide capture systems, which capture carbon dioxide by drawing gases such as air containing carbon dioxide into a module that holds an adsorbent, causing the adsorbent to adsorb the carbon dioxide, and then decompressing and heating the adsorbent to desorb the adsorbed carbon dioxide.
二酸化炭素回収装置では、吸着モジュールには高い温度の加熱用熱媒体を供給する必要がある一方、各機器からの排熱及び回収した水蒸気の凝縮等のために低温度の冷却用熱媒体を供給する必要もある。しかし、加熱用熱媒体と冷却用熱媒体の温度差が大きい状態では、熱源器での熱交換に必要なエネルギーが大きくなり、COP(Coefficient of Performance)の低下を招いてしまう。要求される温度帯が異なる複数の機器に熱媒体を供給する必要がある二酸化炭素回収装置にはエネルギー効率の向上という観点で改善の余地があった。 In carbon dioxide capture systems, a high-temperature heating medium must be supplied to the adsorption module, while a low-temperature cooling medium must also be supplied to condense the exhaust heat from each device and the recovered water vapor. However, when there is a large temperature difference between the heating medium and the cooling medium, the energy required for heat exchange in the heat source increases, resulting in a decrease in COP (Coefficient of Performance). Carbon dioxide capture systems, which need to supply a heat medium to multiple devices requiring different temperature ranges, have room for improvement in terms of energy efficiency.
本発明は、必要とする温度帯が異なる機器が併存する場合であっても効率的に加熱及び冷却を行うことができるエネルギー効率の高い二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。 The objective of the present invention is to provide a highly energy-efficient carbon dioxide capture device that can efficiently heat and cool even when equipment requiring different temperature ranges is present.
(1)本発明は、吸着材(例えば、後述する吸着材12)を内部に有し、前記吸着材に対して二酸化炭素を含む気体を吸引して前記二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、前記吸着材の周囲を減圧した状態で加熱することにより当該吸着材から前記二酸化炭素を脱離する脱離工程と、を実行する複数のモジュール(例えば、後述するモジュール11)と、加熱用熱媒体を加熱するとともに冷却用熱媒体を冷却するヒートポンプ式の熱源器(例えば、後述する熱源器81)と、前記モジュールのそれぞれに対して前記加熱用熱媒体(例えば、後述する温水)を供給して加熱する加熱用熱媒体ライン(例えば、後述する温水ライン112)と、前記冷却用熱媒体(例えば、後述する冷水)を供給して冷却する冷却用熱媒体ライン(例えば、後述する冷水ライン111)とを有する熱交換装置(例えば、後述する熱交換装置70)と、を備え、前記熱交換装置は、前記熱源器で加熱された前記加熱用熱媒体を貯留する加熱用熱媒体タンク(例えば、後述する温水タンク83)を含み、当該加熱用熱媒体タンクと前記熱源器の間で前記加熱用熱媒体を循環させる熱源高温水回路(例えば、後述する熱源高温水回路85)と、前記熱源器で冷却された前記冷却用熱媒体を貯留する冷却用熱媒体タンク(例えば、後述する冷水タンク82)を含み、当該冷却用熱媒体タンクと前記熱源器の間で前記冷却用熱媒体を循環させる熱源低温水回路(例えば、後述する熱源低温水回路86)と、前記熱源低温水回路から分岐し、前記吸着工程又は前記脱離工程を行うための対象機器(例えば、後述する真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64)を経由して前記熱源低温水回路の前記熱源器への流入側に接続され、前記対象機器から排熱回収を行った前記冷却用熱媒体を前記熱源器に戻す機器熱回収回路(例えば、後述する機器熱回収回路87)と、を有する、二酸化炭素回収装置(例えば、後述する二酸化炭素回収装置1)である。 (1) The present invention provides a heat exchanger (e.g., heat exchanger 70 described later) having a heating heat medium line (e.g., hot water line 112 described later) that supplies the heating heat medium (e.g., hot water line 112 described later) to each of the modules for heating, and a cooling heat medium line (e.g., cold water line 111 described later) that supplies the cooling heat medium (e.g., cold water line 111 described later) to each of the modules for cooling, and the heat exchanger has a heating heat medium line (e.g., hot water line 112 described later) that supplies the heating heat medium (e.g., hot water line 112 described later) to each of the modules for heating, and a cooling heat medium line (e.g., cold water line 111 described later) that supplies the cooling heat medium (e.g., cold water line 111 described later) to each of the modules for cooling, and the heat exchanger has a heating heat medium line (e.g., hot water line 112 described later) that stores the heating heat medium heated by the heat source. a heat-source low-temperature water circuit (e.g., heat-source low-temperature water circuit 86) that includes a cooling heat medium tank (e.g., a cold water tank 82) that stores the cooling heat medium cooled in the heat source device and circulates the cooling heat medium between the cooling heat medium tank and the heat source device; and an equipment heat recovery circuit (e.g., equipment heat recovery circuit 87) that branches off from the heat-source low-temperature water circuit and is connected to the inlet side of the heat source device of the heat-source low-temperature water circuit via target equipment (e.g., a vacuum pump 62, a carbon dioxide recovery pump 63, and an intercooler 64) that performs the adsorption process or the desorption process, and returns the cooling heat medium that has recovered exhaust heat from the target equipment to the heat source device.
(2)上記(1)に記載の二酸化炭素回収装置において、前記モジュールを冷却した排熱回収後の前記冷却用熱媒体を、前記冷水タンクを介して前記熱交換装置の流入側に戻してもよい。 (2) In the carbon dioxide capture device described in (1) above, the cooling heat medium after recovering the exhaust heat that has cooled the module may be returned to the inlet side of the heat exchange device via the cold water tank.
(3)上記(1)又は(2)に記載の二酸化炭素回収装置は、前記冷却用熱媒体を前記熱源器への流入側に送るカスケードポンプ(例えば、後述する機器冷却用ポンプ870)を更に備えてもよい。 (3) The carbon dioxide capture device described in (1) or (2) above may further include a cascade pump (e.g., the equipment cooling pump 870 described below) that sends the cooling heat medium to the inlet side of the heat source device.
(4)上記(1)又は(2)に記載の二酸化炭素回収装置において、前記機器熱回収回路は、前記熱源低温水回路から複数に分岐した経路のそれぞれに前記対象機器が配置され、複数の前記対象機器のそれぞれで排熱回収を行った前記冷却用熱媒体を集合して前記熱源器に戻してもよい。 (4) In the carbon dioxide recovery device described in (1) or (2) above, the equipment heat recovery circuit may be configured so that the target equipment is arranged on each of multiple paths branching from the heat-source low-temperature water circuit, and the cooling heat medium that has recovered exhaust heat from each of the multiple target equipment may be collected and returned to the heat source unit.
(5)上記(1)又は(2)に記載の二酸化炭素回収装置において、前記熱源器に流入する前記冷却用熱媒体の温度が予め設定される適切な範囲になるように前記機器熱回収回路の経路を制御する制御装置を更に備えてもよい。 (5) The carbon dioxide recovery device described in (1) or (2) above may further include a control device that controls the path of the equipment heat recovery circuit so that the temperature of the cooling heat medium flowing into the heat source device is within a predetermined appropriate range.
本発明によれば、必要とする温度帯が異なる機器が併存する場合であっても効率的に加熱及び冷却を行うことができるエネルギー効率の高い二酸化炭素回収装置を提供することができる。 The present invention provides a highly energy-efficient carbon dioxide capture device that can efficiently heat and cool even when devices requiring different temperature ranges coexist.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置1の気体の流れに関する構成を示す模式図である。図2は、本実施形態の二酸化炭素回収装置1の液体の流れに関する構成を示す模式図である。なお、図1において二酸化炭素回収装置1の液体の流れに関する構成の図示は省略されており、図2において二酸化炭素回収装置1の気体の流れに関する構成の図示は省略されている。
<Overall structure>
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration related to gas flow in a carbon dioxide capture device 1 according to one embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration related to liquid flow in the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment. Note that the configuration related to liquid flow in the carbon dioxide capture device 1 is omitted from Fig. 1, and the configuration related to gas flow in the carbon dioxide capture device 1 is omitted from Fig. 2.
本実施形態の二酸化炭素回収装置1は、例えば、大気中の二酸化炭素濃度を低下させるために、大気中の二酸化炭素を回収する直接空気回収技術(DAC:Direct Air Capture)に適用されるものである。二酸化炭素回収装置1によって回収された二酸化炭素は、地中に貯蔵されたり、燃料や材料として再利用されたりする。 The carbon dioxide capture device 1 of this embodiment is applied to direct air capture (DAC) technology, which captures carbon dioxide from the atmosphere in order to reduce the carbon dioxide concentration in the atmosphere. The carbon dioxide captured by the carbon dioxide capture device 1 can be stored underground or reused as fuel or material.
図1及び図2に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収装置1は、モジュールユニット10と、ファン61と、真空ポンプ62と、二酸化炭素回収用ポンプ63と、インタークーラ64と、セパレータ65と、二酸化炭素タンク66と、不活性ガスタンク69と、熱交換装置70と、制御装置90と、を備える。 As shown in Figures 1 and 2, the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment includes a module unit 10, a fan 61, a vacuum pump 62, a carbon dioxide capture pump 63, an intercooler 64, a separator 65, a carbon dioxide tank 66, an inert gas tank 69, a heat exchanger 70, and a control device 90.
図1に示すように、二酸化炭素回収装置1は、吸着ライン101と、真空ライン102と、二酸化炭素ライン103と、循環ライン104と、不活性ガス供給ライン107と、を気体流路として備える。 As shown in Figure 1, the carbon dioxide capture device 1 has an adsorption line 101, a vacuum line 102, a carbon dioxide line 103, a circulation line 104, and an inert gas supply line 107 as gas flow paths.
モジュールユニット10は、二酸化炭素を吸着するモジュール11が並列に複数配置されて構成される。本実施形態では、左右一対のモジュールユニット10により、合計16個のモジュール11が配置される。 The module unit 10 is composed of multiple modules 11 that adsorb carbon dioxide arranged in parallel. In this embodiment, a total of 16 modules 11 are arranged using a pair of left and right module units 10.
図3は、本実施形態の二酸化炭素回収装置1のモジュール11の気体の流れに関する構成を示す模式図である。モジュール11は、吸着材12と、第1バルブ21と、第2バルブ22と、第3バルブ23と、第4バルブ24と、圧力センサ25と、二酸化炭素センサ26と、温度センサ27と、を備える二酸化炭素回収モジュールである。 Figure 3 is a schematic diagram showing the gas flow configuration of the module 11 of the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment. The module 11 is a carbon dioxide capture module that includes an adsorbent 12, a first valve 21, a second valve 22, a third valve 23, a fourth valve 24, a pressure sensor 25, a carbon dioxide sensor 26, and a temperature sensor 27.
吸着材12は、二酸化炭素を吸着するためにモジュール11の内部に配置される。吸着材12は、粒子状の部材であり、低温(例えば、-30℃から50℃の範囲)の状態において二酸化炭素を吸着し、高温(例えば、50℃から110℃の範囲)かつ周囲の二酸化炭素の濃度の低い状態では、二酸化炭素を脱離(放出)する性質を有する。このような吸着材12としては、例えば、シリカ等の多孔質材料にアミンを担持させて構成される固体アミンの二酸化炭素吸着材等が挙げられる。 The adsorbent 12 is placed inside the module 11 to adsorb carbon dioxide. The adsorbent 12 is a particulate material that adsorbs carbon dioxide at low temperatures (e.g., in the range of -30°C to 50°C) and desorbs (releases) carbon dioxide at high temperatures (e.g., in the range of 50°C to 110°C) when the ambient carbon dioxide concentration is low. Examples of such adsorbents 12 include solid amine carbon dioxide adsorbents constructed by supporting amines on porous materials such as silica.
第1バルブ21は、二酸化炭素を回収する二酸化炭素ライン103とモジュール11の接続部に配置される開閉弁である。二酸化炭素ライン103には二酸化炭素回収用ポンプ63が配置される。第2バルブ22は、真空ポンプ62が配置される真空ライン102とモジュール11の接続部に配置される開閉弁である。第3バルブ23は、モジュール11の内部へ大気等を取り込む入口に配置される開閉弁である。第4バルブ24は、吸着ライン101とモジュール11の接続部に配置される開閉弁である。 The first valve 21 is an on-off valve located at the connection between the carbon dioxide line 103, which captures carbon dioxide, and the module 11. A carbon dioxide capture pump 63 is located on the carbon dioxide line 103. The second valve 22 is an on-off valve located at the connection between the vacuum line 102, in which the vacuum pump 62 is located, and the module 11. The third valve 23 is an on-off valve located at the inlet that takes in atmospheric air and the like into the interior of the module 11. The fourth valve 24 is an on-off valve located at the connection between the adsorption line 101 and the module 11.
第1バルブ21、第2バルブ22、第3バルブ23及び第4バルブ24は、何れも、制御装置90によって開閉制御される。第1バルブ21、第2バルブ22、第3バルブ23及び第4バルブ24は、例えば、ノーマルオープンのバタフライ弁によって構成される。 The first valve 21, second valve 22, third valve 23, and fourth valve 24 are all controlled to open and close by the control device 90. The first valve 21, second valve 22, third valve 23, and fourth valve 24 are, for example, normally open butterfly valves.
圧力センサ25は、モジュール11の内部圧力を計測する。二酸化炭素センサ26は、モジュール11の内部の二酸化炭素濃度を測定する。温度センサ27は、吸着材12の温度を測定する。圧力センサ25、二酸化炭素センサ26及び温度センサ27の計測情報は、制御装置90に送信される。 The pressure sensor 25 measures the internal pressure of the module 11. The carbon dioxide sensor 26 measures the carbon dioxide concentration inside the module 11. The temperature sensor 27 measures the temperature of the adsorbent 12. Measurement information from the pressure sensor 25, carbon dioxide sensor 26, and temperature sensor 27 is sent to the control device 90.
図1に戻って吸着ライン101及びファン61について説明する。吸着ライン101は、各モジュール11のそれぞれに分岐接続される。ファン61は、吸着ライン101の分岐部分が集合した部分に配置される。ファン61は、駆動されることにより、吸着ライン101を通じてモジュール11に対して「吸気」から「排気」までの気体の流れを生じさせる。これにより、モジュール11内に大気が供給される。吸着ライン101の気体を排気する部分には、二酸化炭素濃度センサ611、湿度センサ612及び温度センサ613が配置され、吸着ライン101から排気される二酸化炭素、湿度、温度が計測される。二酸化炭素濃度センサ611、湿度センサ612及び温度センサ613の計測情報は制御装置90に送信される。 Returning to Figure 1, the adsorption line 101 and fan 61 will now be described. The adsorption line 101 is branched and connected to each of the modules 11. The fan 61 is located where the branched portions of the adsorption line 101 converge. When driven, the fan 61 generates a gas flow from "intake" to "exhaust" through the adsorption line 101 to the module 11. This supplies atmospheric air into the module 11. A carbon dioxide concentration sensor 611, a humidity sensor 612, and a temperature sensor 613 are located in the gas exhaust portion of the adsorption line 101, and measure the carbon dioxide, humidity, and temperature exhausted from the adsorption line 101. Measurement information from the carbon dioxide concentration sensor 611, humidity sensor 612, and temperature sensor 613 is sent to the control device 90.
真空ライン102は、各モジュール11のそれぞれに分岐接続される。真空ポンプ62は、真空ライン102の分岐部分が集合した部分に配置される。真空ポンプ62は、駆動されることにより、真空ライン102を通じてモジュール11の内部の気体を吸気し、モジュール11の内部を真空状態又は真空状態に近づける。 The vacuum line 102 branches off and connects to each of the modules 11. The vacuum pump 62 is located where the branched portions of the vacuum line 102 converge. When driven, the vacuum pump 62 draws in gas from inside the module 11 through the vacuum line 102, bringing the inside of the module 11 into a vacuum state or close to a vacuum state.
二酸化炭素ライン103は、各モジュール11のそれぞれに分岐接続される。二酸化炭素ライン103の分岐部分が集合した部分には、二酸化炭素回収用ポンプ63、インタークーラ64、セパレータ65、二酸化炭素タンク66が配置される。 The carbon dioxide line 103 branches off and connects to each module 11. Where the branched portions of the carbon dioxide line 103 converge, a carbon dioxide capture pump 63, an intercooler 64, a separator 65, and a carbon dioxide tank 66 are located.
二酸化炭素回収用ポンプ63は、二酸化炭素ライン103を流通する二酸化炭素を二酸化炭素タンク66に送る吸引力を作用させる。二酸化炭素ライン103における二酸化炭素回収用ポンプ63の上流側には一方向バルブ631が配置される。これによってインタークーラ64側からモジュール11側に気体が逆流しない構成となっている。 The carbon dioxide capture pump 63 applies suction force to send the carbon dioxide circulating through the carbon dioxide line 103 to the carbon dioxide tank 66. A one-way valve 631 is located upstream of the carbon dioxide capture pump 63 in the carbon dioxide line 103. This prevents gas from flowing back from the intercooler 64 side to the module 11 side.
インタークーラ64は、モジュール11から回収された二酸化炭素を含む高温ガスを冷却し気液分離する中間冷却機である。 The intercooler 64 is an intermediate cooling device that cools the high-temperature gas containing carbon dioxide recovered from the module 11 and separates it into gas and liquid.
インタークーラ64で気液分離された水はセパレータ65で回収される。セパレータ65には、第1バルブ651と第2バルブ652が配置される。第1バルブ651は、セパレータ65の気相部に連通する経路を開閉する。第2バルブ652は、セパレータ65の液相部に連通する経路を開閉する。 The water separated into gas and liquid in the intercooler 64 is recovered in the separator 65. The separator 65 is equipped with a first valve 651 and a second valve 652. The first valve 651 opens and closes the path that connects to the gas phase of the separator 65. The second valve 652 opens and closes the path that connects to the liquid phase of the separator 65.
二酸化炭素タンク66は、二酸化炭素ライン103を通じて回収された二酸化炭素を貯蔵する。二酸化炭素ライン103における二酸化炭素タンク66の上流側には、タンクバルブ661が配置される。タンクバルブ661は、制御装置90によって開閉制御される。また、二酸化炭素ライン103におけるタンクバルブ661と二酸化炭素タンク66の間には、圧力センサ662、流量センサ663、湿度センサ664、温度センサ665、二酸化炭素濃度センサ666等の各種センサが配置される。 The carbon dioxide tank 66 stores the carbon dioxide recovered through the carbon dioxide line 103. A tank valve 661 is disposed upstream of the carbon dioxide tank 66 on the carbon dioxide line 103. The tank valve 661 is controlled to open and close by the control device 90. In addition, various sensors such as a pressure sensor 662, a flow rate sensor 663, a humidity sensor 664, a temperature sensor 665, and a carbon dioxide concentration sensor 666 are disposed between the tank valve 661 and the carbon dioxide tank 66 on the carbon dioxide line 103.
二酸化炭素タンク66には、二酸化炭素ライン103の他にバラストを二酸化炭素回収用ポンプ63に戻す循環ライン104が接続される。循環ライン104には、流量センサ667が配置される。また、二酸化炭素タンク66には、所定の圧力以上になると圧力を開放する圧力開放弁668が配置される。 In addition to the carbon dioxide line 103, the carbon dioxide tank 66 is connected to a circulation line 104 that returns ballast to the carbon dioxide capture pump 63. A flow rate sensor 667 is installed in the circulation line 104. The carbon dioxide tank 66 is also equipped with a pressure relief valve 668 that releases pressure when the pressure exceeds a predetermined level.
次に、不活性ガスタンク69について説明する。不活性ガスタンク69は、N2ガスボンベ691から供給される不活性ガスとしてのN2を一定の圧力以上(例えば、980kPa)で貯蔵する。不活性ガスタンク69とN2ガスボンベ691の間には、ガスボンベ用バルブ692が配置される。また、不活性ガスタンク69には所定の圧力以上になると圧力を開放する圧力開放弁693が配置される。不活性ガスタンク69の内部には、圧力センサ694が配置される。圧力センサ694によって計測された圧力情報は、制御装置90に送信される。 Next, the inert gas tank 69 will be described. The inert gas tank 69 stores N2 as an inert gas supplied from an N2 gas cylinder 691 at a certain pressure or higher (for example, 980 kPa). A gas cylinder valve 692 is arranged between the inert gas tank 69 and the N2 gas cylinder 691. The inert gas tank 69 is also arranged with a pressure release valve 693 that releases pressure when the pressure reaches a predetermined pressure or higher. A pressure sensor 694 is arranged inside the inert gas tank 69. Pressure information measured by the pressure sensor 694 is sent to the control device 90.
不活性ガスタンク69は、不活性ガス供給ライン107を介して二酸化炭素ライン103に接続される。不活性ガス供給ライン107には、不活性ガス用バルブ695が配置される。不活性ガス用バルブ695は、制御装置90によって開閉制御される。 The inert gas tank 69 is connected to the carbon dioxide line 103 via the inert gas supply line 107. An inert gas valve 695 is disposed on the inert gas supply line 107. The opening and closing of the inert gas valve 695 is controlled by the control device 90.
図2を参照し、熱交換装置70について説明する。熱交換装置70は、モジュールユニット10の各モジュール11が脱離工程を行う際に、そのモジュール11内を所定の温度まで加熱するための熱エネルギーを供給する。また、熱交換装置70は、各モジュール11が吸着工程を行う際に不要な熱エネルギーを回収する。 The heat exchanger 70 will be described with reference to Figure 2. The heat exchanger 70 supplies thermal energy to heat the interior of each module 11 of the module unit 10 to a predetermined temperature when that module 11 performs the desorption process. The heat exchanger 70 also recovers unnecessary thermal energy when each module 11 performs the adsorption process.
本実施形態の熱交換装置70は、熱源回路80と、冷水ライン111と、温水ライン112と、三方弁30と、バイパス経路31と、バイパス弁32と、を備える。 The heat exchanger 70 of this embodiment includes a heat source circuit 80, a cold water line 111, a hot water line 112, a three-way valve 30, a bypass path 31, and a bypass valve 32.
熱源回路80は、熱源器81と、冷水タンク82と、温水タンク83と、を主要な構成として備え、冷水ライン111を流れる冷却用熱媒体と温水ライン112を流れる加熱用熱媒体の間で熱交換を行う。熱源回路80で生じる熱移動により、冷水ライン111を流れる熱媒体が冷却されるとともに、温水ライン112を流れる熱媒体が加温される。熱媒体は、例えば、水等の液体である。なお、熱源回路80の詳細な構成については、図5を参照して後述する。 The heat source circuit 80 mainly comprises a heat source device 81, a cold water tank 82, and a hot water tank 83, and performs heat exchange between the cooling heat medium flowing in the cold water line 111 and the heating heat medium flowing in the hot water line 112. The heat transfer that occurs in the heat source circuit 80 cools the heat medium flowing in the cold water line 111 and heats the heat medium flowing in the hot water line 112. The heat medium is, for example, a liquid such as water. The detailed configuration of the heat source circuit 80 will be described later with reference to Figure 5.
冷水ライン111は、冷却用熱媒体としての冷水が流通する配管である。冷水ライン111は、各モジュール11のそれぞれの上流側と下流側に分岐接続され、冷水タンク82と各モジュール11を接続する。冷水ライン111のうち、各モジュール11の上流側に接続されるラインを冷水往ライン111aとし、各モジュール11の下流側に接続されるラインを冷水復ライン111bとする。 The chilled water line 111 is a pipe through which chilled water flows as a cooling heat medium. The chilled water line 111 is branched and connected to the upstream and downstream sides of each module 11, connecting the chilled water tank 82 to each module 11. Of the chilled water lines 111, the line connected to the upstream side of each module 11 is referred to as the chilled water supply line 111a, and the line connected to the downstream side of each module 11 is referred to as the chilled water return line 111b.
冷水往ライン111aは、複数のモジュール11に並列接続されており、冷水の供給もモジュール11ごとに並行して行うことができる。冷水往ライン111aには、第1冷水循環用ウォータポンプ822と、第2冷水循環用ウォータポンプ823と、が配置される。第1冷水循環用ウォータポンプ822及び第2冷水循環用ウォータポンプ823は、例えば、カスケードポンプが利用される。 The chilled water supply line 111a is connected in parallel to multiple modules 11, allowing chilled water to be supplied to each module 11 in parallel. A first chilled water circulation water pump 822 and a second chilled water circulation water pump 823 are arranged on the chilled water supply line 111a. The first chilled water circulation water pump 822 and the second chilled water circulation water pump 823 are, for example, cascade pumps.
また、冷水往ライン111aには、第2冷水循環用ウォータポンプ823の下流側から上流側に戻る循環ライン824が配置される。この循環ライン824には安全弁825が配置される。安全弁825は、第2冷水循環用ウォータポンプ823と冷水ライン111の系内が一定圧力以上になるとリリーフして圧力上昇を抑制する。冷水ライン111系内の圧力異常の際にリリーフする安全弁825を第2冷水循環用ウォータポンプ823に対して並列配置することにより、第2冷水循環用ウォータポンプ823による大流量の循環と安全な運転を両立できる。 In addition, a circulation line 824 is arranged in the chilled water supply line 111a, returning from the downstream side of the second chilled water circulation water pump 823 to the upstream side. A safety valve 825 is arranged in this circulation line 824. The safety valve 825 relieves pressure when the pressure in the system between the second chilled water circulation water pump 823 and the chilled water line 111 exceeds a certain level, thereby suppressing pressure increases. By arranging the safety valve 825, which relieves pressure in the event of an abnormality in the chilled water line 111 system, in parallel with the second chilled water circulation water pump 823, it is possible to achieve both high flow rate circulation by the second chilled water circulation water pump 823 and safe operation.
冷水復ライン111bも複数のモジュール11に並列接続されており、冷却完了後の冷水の回収もモジュール11ごとに並行して行うことができる。 The cold water recovery line 111b is also connected in parallel to multiple modules 11, allowing the recovery of cold water after cooling is complete to be carried out in parallel for each module 11.
温水ライン112は、加熱用熱媒体としての温水が流通する配管である。温水ライン112は、各モジュール11のそれぞれの上流側と下流側に分岐接続され、温水タンク83と各モジュール11を接続する。温水ライン112のうち、各モジュール11の上流側に接続されるラインを温水往ライン112aとし、各モジュール11の下流側に接続されるラインを温水復ライン112bとする。 The hot water line 112 is a pipe through which hot water flows as a heat medium for heating. The hot water line 112 branches off and is connected to the upstream and downstream sides of each module 11, connecting the hot water tank 83 to each module 11. Of the hot water lines 112, the line connected to the upstream side of each module 11 is referred to as the hot water supply line 112a, and the line connected to the downstream side of each module 11 is referred to as the hot water return line 112b.
温水往ライン112aは、複数のモジュール11に並列接続されており、温水の供給もモジュール11ごとに並行して行うことができる。温水往ライン112aには、第1温水循環用ウォータポンプ832と、第2温水循環用ウォータポンプ833と、が配置される。第1温水循環用ウォータポンプ832及び第2温水循環用ウォータポンプ833は、例えば、カスケードポンプが利用される。駆動により発生する発熱量が大きいカスケードポンプを利用することにより、第1温水循環用ウォータポンプ832及び第2温水循環用ウォータポンプ833を通過する熱媒体を更に加温することもできる。 The hot water supply line 112a is connected in parallel to multiple modules 11, allowing hot water to be supplied to each module 11 in parallel. A first hot water circulation water pump 832 and a second hot water circulation water pump 833 are arranged on the hot water supply line 112a. The first hot water circulation water pump 832 and the second hot water circulation water pump 833 are, for example, cascade pumps. By using a cascade pump that generates a large amount of heat when driven, it is possible to further heat the heat medium passing through the first hot water circulation water pump 832 and the second hot water circulation water pump 833.
また、温水往ライン112aには、第2温水循環用ウォータポンプ833の下流側から上流側に戻る循環ライン834が配置される。この循環ライン834には安全弁835が配置される。安全弁835は、第2温水循環用ウォータポンプ833と温水ライン112の系内が一定圧力以上になるとリリーフして圧力上昇を抑制する。温水ライン112系内の圧力異常の際にリリーフする安全弁835を第2温水循環用ウォータポンプ833に対して並列配置することにより、第2温水循環用ウォータポンプ833による大流量の循環と安全な運転を両立できる。 In addition, a circulation line 834 is arranged in the hot water supply line 112a, returning from the downstream side of the second hot water circulation water pump 833 to the upstream side. A safety valve 835 is arranged in this circulation line 834. The safety valve 835 relieves pressure when the pressure in the system between the second hot water circulation water pump 833 and the hot water line 112 exceeds a certain level, thereby suppressing pressure increases. By arranging the safety valve 835, which relieves pressure in the event of an abnormality in the hot water line 112 system, in parallel with the second hot water circulation water pump 833, it is possible to achieve both high flow rate circulation by the second hot water circulation water pump 833 and safe operation.
温水復ライン112bも、複数のモジュール11に並列接続されており、加熱完了後の温水の回収もモジュール11ごとに並行して行うことができる。 The hot water return line 112b is also connected in parallel to multiple modules 11, allowing the recovery of hot water after heating is complete to be carried out in parallel for each module 11.
三方弁30は、冷水ライン111と温水ライン112とモジュール11に接続される。三方弁30は、モジュール11の上流側と下流側のそれぞれに配置される。三方弁30は、冷水ライン111とモジュール11を接続する冷水接続状態と、温水ライン112とモジュール11を接続する温水接続状態と、冷水ライン111及び温水ライン112とモジュール11の接続を遮断する遮断状態と、を流路切替により選択可能に構成される。 The three-way valve 30 is connected to the cold water line 111, the hot water line 112, and the module 11. The three-way valve 30 is located on both the upstream and downstream sides of the module 11. The three-way valve 30 is configured to be able to select, by switching the flow path, between a cold water connection state that connects the cold water line 111 and the module 11, a hot water connection state that connects the hot water line 112 and the module 11, and a cut-off state that cuts off the connection between the cold water line 111 and the hot water line 112 and the module 11.
三方弁30の流路切替は、制御装置90によって制御される。モジュール11には、上流側に配置される三方弁30を通じて熱媒体が導入され、下流側に配置される三方弁30を通じて熱媒体が熱源器81側に戻される。 The flow path switching of the three-way valve 30 is controlled by the control device 90. The heat medium is introduced into the module 11 through the three-way valve 30 located upstream, and the heat medium is returned to the heat source device 81 through the three-way valve 30 located downstream.
バイパス経路31は、モジュール11間の熱媒体の移動を可能にする流路である。バイパス経路31は、2つのモジュール11間を接続する。バイパス経路31によって接続されるモジュール11は、隣接するモジュールであってもよいし、隣接せず離れた位置のモジュール11であってもよい。 The bypass path 31 is a flow path that allows the movement of heat transfer medium between modules 11. The bypass path 31 connects two modules 11. The modules 11 connected by the bypass path 31 may be adjacent modules, or may be non-adjacent modules 11 located at a distance.
バイパス弁32はバイパス経路31に配置される。バイパス弁32は、複数のバイパス経路31のそれぞれに配置される。バイパス弁32は制御装置90によって開閉制御される。 A bypass valve 32 is arranged in the bypass path 31. A bypass valve 32 is arranged in each of the multiple bypass paths 31. The bypass valves 32 are controlled to open and close by the control device 90.
図4は、本実施形態の二酸化炭素回収装置1のモジュール11の液体の流れに関する構成を示す模式図である。なお、以下の説明において、モジュール11の上流側に配置される三方弁30を三方弁30aとし、モジュール11の下流側に配置される三方弁30を三方弁30bとする。 Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration related to the liquid flow in module 11 of the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment. In the following description, the three-way valve 30 located upstream of module 11 will be referred to as three-way valve 30a, and the three-way valve 30 located downstream of module 11 will be referred to as three-way valve 30b.
図4に示すように、モジュール11は、熱媒体が流入する入口に接続される入口側流路33と、熱媒体が流出する出口に接続される出口側流路34と、を備える。バイパス経路31は、モジュール11の出口側流路34に接続されるとともに、別のモジュール11の入口側流路33に接続される。 As shown in FIG. 4, the module 11 has an inlet-side flow path 33 connected to an inlet through which the heat medium flows in, and an outlet-side flow path 34 connected to an outlet through which the heat medium flows out. The bypass path 31 is connected to the outlet-side flow path 34 of the module 11 and is also connected to the inlet-side flow path 33 of another module 11.
入口側流路33の上流側端部には三方弁30aが配置されるとともに、出口側流路34の下流側端部にも三方弁30bが配置される。温水接続状態では三方弁30aが温水往ライン112aに接続され、三方弁30bが温水復ライン112bに接続される。冷水接続状態では三方弁30aが冷水往ライン111aに接続され、三方弁30bが冷水復ライン111bに接続される。 A three-way valve 30a is disposed at the upstream end of the inlet flow path 33, and a three-way valve 30b is disposed at the downstream end of the outlet flow path 34. When connected to hot water, the three-way valve 30a is connected to the hot water supply line 112a, and the three-way valve 30b is connected to the hot water return line 112b. When connected to cold water, the three-way valve 30a is connected to the cold water supply line 111a, and the three-way valve 30b is connected to the cold water return line 111b.
三方弁30a及び三方弁30bは、流量を調節可能に構成されている。この流量調節機能により、温水接続状態では温水の流量を調整できるとともに、冷水接続状態では冷水の流量を調整できる。 Three-way valves 30a and 30b are configured to allow for flow rate adjustment. This flow rate adjustment function allows for adjustment of the hot water flow rate when hot water is connected, and for adjustment of the cold water flow rate when cold water is connected.
入口側流路33には温度センサ35が配置される。出口側流路34には温度センサ36と流量センサ37が配置される。温度センサ35、温度センサ36及び流量センサ37の測定情報は、制御装置90に送信される。 A temperature sensor 35 is arranged in the inlet flow path 33. A temperature sensor 36 and a flow rate sensor 37 are arranged in the outlet flow path 34. Measurement information from the temperature sensor 35, temperature sensor 36, and flow rate sensor 37 is sent to the control device 90.
次に、制御装置90について説明する。制御装置90は、二酸化炭素回収装置1の各部の動作を制御する。制御装置90は、二酸化炭素の吸着や脱離に用いられるデバイスの駆動や停止等の動作を制御する。制御装置90は、複数のモジュール11が時系列で吸着と脱離を繰り返すために、各モジュール11への温冷熱を行うために熱媒体を供給するタイミングを選択的に制御する。 Next, the control device 90 will be described. The control device 90 controls the operation of each part of the carbon dioxide capture device 1. The control device 90 controls the operation of devices used for carbon dioxide adsorption and desorption, such as driving and stopping. The control device 90 selectively controls the timing of supplying heat medium to each module 11 to heat or cool the modules 11, so that the multiple modules 11 repeatedly adsorb and desorb in time series.
制御装置90は、各モジュール11に備えられた第1バルブ21、第2バルブ22、第3バルブ23、第4バルブ24の開閉制御や、各バイパス弁32の開閉制御を行う。また、制御装置90は、ファン61、真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63、第1冷水循環用ウォータポンプ822、第2冷水循環用ウォータポンプ823、第1温水循環用ウォータポンプ832、第2温水循環用ウォータポンプ833等の駆動制御や安全弁825、安全弁835の開閉制御を行う。 The control device 90 controls the opening and closing of the first valve 21, second valve 22, third valve 23, and fourth valve 24 provided in each module 11, as well as the opening and closing of each bypass valve 32. The control device 90 also controls the operation of the fan 61, vacuum pump 62, carbon dioxide capture pump 63, first cold water circulation water pump 822, second cold water circulation water pump 823, first hot water circulation water pump 832, second hot water circulation water pump 833, etc., and controls the opening and closing of the safety valve 825 and safety valve 835.
制御装置90は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有するコンピュータである。制御装置90は、1台で構成されてもよいし、複数台で構成されてもよい。また、制御装置90は、リレー等の電気回路を利用して構成されてもよい。 The control device 90 is a computer having, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc. The control device 90 may consist of one unit or multiple units. The control device 90 may also be configured using electrical circuits such as relays.
<二酸化炭素の回収>
次に、制御装置90による二酸化炭素を回収するための制御について説明する。二酸化炭素回収装置1は、モジュール11内の吸着材12に、吸気した大気等の気体中の二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、吸着材12に吸着された二酸化炭素を脱離させる脱離工程とを交互に行い、脱離した二酸化炭素を二酸化炭素タンク66に貯めることで、空気中から二酸化炭素を除去し、回収している。
<Carbon dioxide capture>
Next, we will explain the control for capturing carbon dioxide by the control device 90. The carbon dioxide capture device 1 alternately performs an adsorption process in which the adsorbent 12 in the module 11 adsorbs carbon dioxide in a gas such as the air that has been taken in, and a desorption process in which the carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 12 is desorbed, and stores the desorbed carbon dioxide in the carbon dioxide tank 66, thereby removing and capturing carbon dioxide from the air.
吸着工程は、モジュール11内の吸着材12に二酸化炭素を吸着させる工程である。吸着工程では、モジュール11の第3バルブ23及び第4バルブ24が開かれ、第1バルブ21及び第2バルブ22が閉じられる。バルブの開閉制御とともに熱交換装置70により、三方弁30a及び三方弁30bが冷水接続状態に制御され、冷水がモジュール11内を流れてモジュール11の吸着材12を冷却する。ファン61が駆動し、上流から下流への気体の流れが発生し、第3バルブ23を通して二酸化炭素を含む気体(例えば、大気)を吸気する。吸気された気体は、モジュール11内の吸着材12を通過する。このとき、モジュール11内は冷水の冷却により常温(25℃)となっており、気体中の二酸化炭素は、吸着材12に吸着される。二酸化酸素以外の気体、例えば、窒素や酸素等は、第4バルブ24及び吸着ライン101を通って二酸化炭素回収装置1の外部へ排気される。 The adsorption process is a process in which carbon dioxide is adsorbed by the adsorbent 12 in the module 11. During the adsorption process, the third valve 23 and fourth valve 24 of the module 11 are opened, and the first valve 21 and second valve 22 are closed. In addition to controlling the valve opening and closing, the heat exchanger 70 controls the three-way valves 30a and 30b to a cold water connection state, allowing cold water to flow through the module 11 and cool the adsorbent 12 in the module 11. The fan 61 is driven, creating a gas flow from upstream to downstream, and gas containing carbon dioxide (e.g., atmospheric air) is drawn in through the third valve 23. The drawn gas passes through the adsorbent 12 in the module 11. At this time, the temperature inside the module 11 is kept at room temperature (25°C) due to the cooling of the cold water, and the carbon dioxide in the gas is adsorbed by the adsorbent 12. Gases other than carbon dioxide, such as nitrogen and oxygen, are exhausted to the outside of the carbon dioxide capture device 1 through the fourth valve 24 and the adsorption line 101.
脱離工程は、モジュール11内の吸着材12の二酸化炭素を脱離させる工程である。脱離工程では、モジュール11の第1バルブ21、第3バルブ23及び第4バルブ24が閉じられ、第2バルブ22が開かれる。真空ポンプ62が稼働し、モジュール11の内部を吸気し、減圧して真空状態又は真空状態に近づける。バルブの開閉制御とともに熱交換装置70により、三方弁30a及び三方弁30bが温水接続状態に制御され、温水がモジュール11内を流れて熱エネルギーを供給し、モジュール11の吸着材12を昇温する。吸着材12の昇温制御により、吸着材12も脱離工程に十分な所定の温度(例えば、80℃)に加熱され、吸着材12に吸着された二酸化炭素が脱離される。次に、第2バルブ22、第3バルブ23及び第4バルブ24が閉じられ、第1バルブ21が開かれるとともに二酸化炭素回収用ポンプ63が駆動され、二酸化炭素ライン103を通じて脱離した二酸化炭素が二酸化炭素タンク66に貯蔵される。本実施形態では、16個のモジュール11のうち、12個が吸着工程を実行し、残りの4個が脱離工程を行うように各工程が制御される。 The desorption process is a process of desorbing carbon dioxide from the adsorbent 12 in the module 11. During the desorption process, the first valve 21, third valve 23, and fourth valve 24 of the module 11 are closed, and the second valve 22 is opened. The vacuum pump 62 is operated to draw air into the interior of the module 11, reducing the pressure and creating a vacuum or near-vacuum state. In addition to controlling the opening and closing of the valves, the heat exchanger 70 controls the three-way valves 30a and 30b to a hot water connection state, allowing hot water to flow through the module 11, supplying thermal energy and raising the temperature of the adsorbent 12 in the module 11. By controlling the temperature rise of the adsorbent 12, the adsorbent 12 is also heated to a predetermined temperature (e.g., 80°C) sufficient for the desorption process, and the carbon dioxide adsorbed in the adsorbent 12 is desorbed. Next, the second valve 22, the third valve 23, and the fourth valve 24 are closed, the first valve 21 is opened, the carbon dioxide recovery pump 63 is driven, and the carbon dioxide desorbed through the carbon dioxide line 103 is stored in the carbon dioxide tank 66. In this embodiment, each process is controlled so that 12 of the 16 modules 11 perform the adsorption process and the remaining 4 perform the desorption process.
<熱源回路>
次に、図5を参照して熱源回路80の詳細な構成について説明する。図5は、本実施形態の二酸化炭素回収装置1の熱源回路80の構成を示す模式図である。
<Heat source circuit>
Next, the detailed configuration of the heat source circuit 80 will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the heat source circuit 80 of the carbon dioxide recovery device 1 of this embodiment.
図5に示すように、本実施形態の熱源回路80は、熱源器81と、温水タンク83を含む熱源高温水回路85と、冷水タンク82を含む熱源低温水回路86と、リザーバタンク88と、を備える。 As shown in FIG. 5, the heat source circuit 80 of this embodiment includes a heat source unit 81, a heat source high-temperature water circuit 85 including a hot water tank 83, a heat source low-temperature water circuit 86 including a cold water tank 82, and a reservoir tank 88.
熱源器81は、冷水タンク82から導入される熱媒体を冷却するとともに温水タンク83から導入される媒体を加温する。熱源器81は、ヒートポンプにて気体の圧縮と膨張を行い生成された冷熱、温熱を熱移動して冷却、加温を行う。 The heat source 81 cools the heat medium introduced from the cold water tank 82 and heats the medium introduced from the hot water tank 83. The heat source 81 compresses and expands gas using a heat pump, and transfers the generated cold and hot heat to perform cooling and heating.
熱源高温水回路85は、温水タンク83と熱源器81の間で温水を循環させる。熱源高温水回路85は、温水タンク83と、温水側熱源往ライン221と、温水側熱源復ライン222と、を備える。 The heat source high-temperature water circuit 85 circulates hot water between the hot water tank 83 and the heat source unit 81. The heat source high-temperature water circuit 85 includes the hot water tank 83, a hot water side heat source supply line 221, and a hot water side heat source return line 222.
温水タンク83は、断熱機能を有し、熱媒体を貯留可能な蓄熱装置である。温水タンク83の容量は、後述する温水側循環用ウォータポンプ831の吐出する最大流量の5倍以上とすることが好ましい。温水タンク83の容量を熱媒体の流量に対して大きく設定することにより、熱負荷変動時の温水(熱媒体)の水温変動を所定温度範囲内(例えば、±5℃以内)に抑制することが可能となる。即ち、温水タンク83は、熱負荷変動のバッファとして機能する。 The hot water tank 83 is a heat storage device with thermal insulation capabilities that can store a heat transfer medium. The capacity of the hot water tank 83 is preferably at least five times the maximum flow rate discharged by the hot water circulation water pump 831 (described below). By setting the capacity of the hot water tank 83 to a value greater than the flow rate of the heat transfer medium, it is possible to suppress fluctuations in the temperature of the hot water (heat transfer medium) during heat load fluctuations within a specified temperature range (for example, within ±5°C). In other words, the hot water tank 83 functions as a buffer for heat load fluctuations.
温水タンク83の内部には熱媒体の温度を計測するための温度センサ830が配置される。温度センサ830の計測結果は制御装置90に出力される。温水タンク83は、温水側熱源往ライン221及び温水側熱源復ライン222を介して熱源器81に接続される。 A temperature sensor 830 for measuring the temperature of the heat medium is disposed inside the hot water tank 83. The measurement results of the temperature sensor 830 are output to the control device 90. The hot water tank 83 is connected to the heat source device 81 via the hot water side heat source supply line 221 and the hot water side heat source return line 222.
温水側熱源往ライン221は、熱媒体が温水タンク83から熱源器81に流れる経路である。温水側熱源往ライン221には、バルブ301、温水側循環用ウォータポンプ831、流量センサ231、温度センサ232が上流側から順に配置される。温水側循環用ウォータポンプ831は、例えば、遠心ポンプ等により構成され、温水タンク83と熱源器81の間で熱媒体を循環させる。流量センサ231は熱源器81に流入する熱媒体の流量を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ233は熱源器81に流入する熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 The hot water side heat source supply line 221 is a path along which the heat medium flows from the hot water tank 83 to the heat source device 81. The hot water side heat source supply line 221 is equipped with a valve 301, a hot water side circulation water pump 831, a flow rate sensor 231, and a temperature sensor 232, arranged in this order from upstream to downstream. The hot water side circulation water pump 831 is configured, for example, by a centrifugal pump, and circulates the heat medium between the hot water tank 83 and the heat source device 81. The flow rate sensor 231 measures the flow rate of the heat medium flowing into the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 233 measures the temperature of the heat medium flowing into the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90.
温水側熱源復ライン222は、熱媒体が熱源器81から温水タンク83に流れる経路である。温水側熱源復ライン222には、温度センサ233、バルブ302が上流側から順に配置される。温度センサ233は熱源器81から流出する温水の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 The hot water side heat source return line 222 is a path along which the heat medium flows from the heat source device 81 to the hot water tank 83. A temperature sensor 233 and a valve 302 are arranged in this order from upstream to downstream on the hot water side heat source return line 222. The temperature sensor 233 measures the temperature of the hot water flowing out from the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90.
温水タンク83には、温水往ライン112a及び温水復ライン112bが接続される。温水往ライン112aの温水タンク83の近傍には、バルブ305、水用フィルタ234、バルブ306が配置される。温水復ライン112bには、バルブ303及びバルブ304が配置される。 The hot water tank 83 is connected to the hot water supply line 112a and the hot water return line 112b. Valve 305, water filter 234, and valve 306 are located on the hot water supply line 112a near the hot water tank 83. Valves 303 and 304 are located on the hot water return line 112b.
温水タンク83の各ラインの接続位置(ポート位置)は、温水タンク83内に貯留される熱媒体(温水)の温度成層を考慮して設定されることが好ましい。図6は、温水タンク83に接続される各ラインの接続位置を示す模式図である。 The connection positions (port positions) of each line in the hot water tank 83 are preferably set taking into consideration the temperature stratification of the heat medium (hot water) stored in the hot water tank 83. Figure 6 is a schematic diagram showing the connection positions of each line connected to the hot water tank 83.
図6に示すように、温水タンク83に貯湯される温水には上層部になる程温度が高く、下層部になる程温度が低くなる温度成層が形成される。温水タンク83の各ラインの接続位置は、高い方から順に、温水側熱源復ライン222、温水往ライン112a、温水側熱源往ライン221、温水復ライン112bになるように設定される。 As shown in Figure 6, the hot water stored in the hot water tank 83 is temperature stratified, with the temperature higher in the upper layers and lower in the lower layers. The connection positions of each line in the hot water tank 83 are set to be, in order from highest to lowest, the hot water side heat source return line 222, the hot water supply line 112a, the hot water side heat source supply line 221, and the hot water return line 112b.
温水側熱源復ライン222は、熱源器81で加熱された温水(例えば、82℃)が戻される配管であり、温度成層で最も高い位置の高温部分に戻される。温水往ライン112aは、温水側熱源復ライン222の接続位置の次に高い位置に接続されているので、熱源器81で加熱された温水の温度を大きく低下させることなく高い温度(例えば、80℃)を維持したままモジュール11の上流側に送りだす。 The hot water side heat source return line 222 is a pipe that returns hot water (e.g., 82°C) heated by the heat source device 81, and returns it to the highest temperature part in the temperature stratification. The hot water supply line 112a is connected to the next highest position after the connection position of the hot water side heat source return line 222, so the hot water heated by the heat source device 81 is sent upstream of the module 11 while maintaining a high temperature (e.g., 80°C) without significantly reducing its temperature.
温水側熱源往ライン221は、加温対象の温水を熱源器81に送り出すための配管であり、温水往ライン112aの接続位置の次に高い位置に接続されている。これによって、高い温度の温水は温水往ライン112aを通じて送りつつ、温水側熱源往ライン221によりある程度高温(例えば、75℃)が維持された温水の温度を熱源器81に送り出すことができる。温水復ライン112bは、モジュール11の加熱を行った後の相対的に最も低い温度(例えば、72℃)の温水が戻る配管である。温水復ライン112bは、最も低い位置に接続されているので、高い温度が要求される温水往ライン112aへの低い温度の温水の混合量を抑制できる。 The hot water side heat source supply line 221 is a pipe used to send hot water to be heated to the heat source device 81, and is connected at the next highest connection position after the hot water supply line 112a. This allows high-temperature hot water to be sent through the hot water supply line 112a, while hot water maintained at a relatively high temperature (e.g., 75°C) by the hot water side heat source supply line 221 can be sent to the heat source device 81. The hot water return line 112b is a pipe that returns hot water at the relatively lowest temperature (e.g., 72°C) after heating the module 11. Because the hot water return line 112b is connected at the lowest position, the amount of low-temperature hot water mixed into the hot water supply line 112a, which requires a high temperature, can be reduced.
次に、図5に戻り、熱源低温水回路86について説明する。熱源低温水回路86は、冷水タンク82と熱源器81の間で冷水を循環させる。熱源低温水回路86は、冷水タンク82と、冷水側熱源往ライン121と、冷水側熱源復ライン122と、を備える。 Next, returning to Figure 5, the heat source low-temperature water circuit 86 will be described. The heat source low-temperature water circuit 86 circulates cold water between the cold water tank 82 and the heat source unit 81. The heat source low-temperature water circuit 86 includes the cold water tank 82, a cold water side heat source supply line 121, and a cold water side heat source return line 122.
冷水タンク82は、断熱機能を有し、熱媒体を貯留可能な蓄熱装置である。冷水タンク82の容量は、後述する冷水側循環用ウォータポンプ821の吐出する最大流量の5倍以上とすることが好ましい。冷水タンク82の容量を熱媒体の流量に対して大きく設定することにより、熱負荷変動時の冷水(熱媒体)の水温変動を所定温度範囲内(例えば、±5℃以内)に抑制することが可能となる。即ち、冷水タンク82は、熱負荷変動のバッファとして機能する。 The cold water tank 82 is a heat storage device with thermal insulation capabilities that can store a heat transfer medium. The capacity of the cold water tank 82 is preferably at least five times the maximum flow rate discharged by the cold water circulation water pump 821 (described below). By setting the capacity of the cold water tank 82 to a value greater than the flow rate of the heat transfer medium, it is possible to suppress fluctuations in the temperature of the cold water (heat transfer medium) during thermal load fluctuations within a specified temperature range (for example, within ±5°C). In other words, the cold water tank 82 functions as a buffer for thermal load fluctuations.
冷水タンク82の内部には熱媒体の温度を計測するための温度センサ820が配置される。温度センサ820の計測結果は制御装置90に出力される。冷水タンク82は、冷水側熱源往ライン121及び冷水側熱源復ライン122を介して熱源器81に接続される。 A temperature sensor 820 for measuring the temperature of the heat medium is disposed inside the cold water tank 82. The measurement results of the temperature sensor 820 are output to the control device 90. The cold water tank 82 is connected to the heat source device 81 via a cold water side heat source supply line 121 and a cold water side heat source return line 122.
冷水側熱源往ライン121は、熱媒体が冷水タンク82から熱源器81に流れる経路である。冷水側熱源往ライン121には、バルブ307、冷水側循環用ウォータポンプ821、流量センサ131、温度センサ132が配置される。冷水側循環用ウォータポンプ821は、例えば、遠心ポンプ等により構成され、冷水タンク82と熱源器81の間で熱媒体を循環させる。流量センサ131は熱源器81に流入する熱媒体の流量を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ132は熱源器81に流入する熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 The chilled water side heat source supply line 121 is a path along which the heat medium flows from the chilled water tank 82 to the heat source device 81. The chilled water side heat source supply line 121 is equipped with a valve 307, a chilled water side circulation water pump 821, a flow rate sensor 131, and a temperature sensor 132. The chilled water side circulation water pump 821 is configured, for example, by a centrifugal pump, and circulates the heat medium between the chilled water tank 82 and the heat source device 81. The flow rate sensor 131 measures the flow rate of the heat medium flowing into the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 132 measures the temperature of the heat medium flowing into the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90.
また、冷水側熱源往ライン121には、熱媒体の冷却を行うためのラジエータバイパスライン123と熱媒体の加温を行うためのヒータバイパスライン124が接続される。ラジエータバイパスライン123及びヒータバイパスライン124は、外気温度や熱負荷変動時に、熱源器81に流入する熱媒体の温度を運転可能な温度に調整する温度調整回路である。 In addition, the chilled water side heat source supply line 121 is connected to a radiator bypass line 123 for cooling the heat medium and a heater bypass line 124 for heating the heat medium. The radiator bypass line 123 and heater bypass line 124 are temperature adjustment circuits that adjust the temperature of the heat medium flowing into the heat source unit 81 to an operable temperature when the outside air temperature or heat load fluctuates.
ラジエータバイパスライン123は、冷水側熱源往ライン121における冷水側循環用ウォータポンプ821と流量センサ131の間に接続される。ラジエータバイパスライン123にはバルブ141とラジエータファン142が配置される。バルブ141は、制御装置90からの制御信号により、流路の開閉や流量調整を行うことができる。ラジエータファン142はラジエータバイパスライン123を通過する熱媒体の冷却を行う放熱機器である。ラジエータバイパスライン123による熱媒体の冷却は、主に夏季等の高温時に行われる。ラジエータバイパスライン123による熱媒体の冷却により、熱源器81に導入される冷水の温度が予め設定される閾値以下になるように制御される。 The radiator bypass line 123 is connected between the chilled water circulation water pump 821 and the flow rate sensor 131 in the chilled water heat source supply line 121. A valve 141 and a radiator fan 142 are arranged in the radiator bypass line 123. The valve 141 can open and close the flow path and adjust the flow rate based on control signals from the control device 90. The radiator fan 142 is a heat dissipation device that cools the heat medium passing through the radiator bypass line 123. The heat medium is cooled by the radiator bypass line 123 mainly during high temperatures, such as in the summer. By cooling the heat medium through the radiator bypass line 123, the temperature of the chilled water introduced into the heat source device 81 is controlled to be below a preset threshold.
ヒータバイパスライン124は、冷水側熱源往ライン121における冷水側循環用ウォータポンプ821と流量センサ131の間であって、ラジエータバイパスライン123の内側に接続される。ヒータバイパスライン124には、バルブ308、ヒータ150が配置される。ヒータ150は、制御装置90からの制御信号やリレーの駆動信号により駆動し、ヒータバイパスライン124を流れる熱媒体を加温する。ヒータバイパスライン124による熱媒体の加温は、主に冬季起動時等の低温時に行われる。ヒータバイパスライン124による熱媒体の加温により、熱源器81に導入される熱媒体の温度が予め設定される閾値以上になるように制御される。 The heater bypass line 124 is located in the chilled water heat source supply line 121 between the chilled water circulation water pump 821 and the flow rate sensor 131, and is connected to the inside of the radiator bypass line 123. A valve 308 and a heater 150 are arranged in the heater bypass line 124. The heater 150 is driven by a control signal or a relay drive signal from the control device 90, and heats the heat medium flowing through the heater bypass line 124. Heating of the heat medium by the heater bypass line 124 is mainly performed when the temperature is low, such as during start-up in winter. By heating the heat medium by the heater bypass line 124, the temperature of the heat medium introduced into the heat source device 81 is controlled to be above a preset threshold.
冷水側熱源復ライン122は、熱媒体が熱源器81から冷水タンク82に流れる経路である。冷水側熱源復ライン122には、温度センサ133、バルブ309、バルブ310、バルブ311、バルブ312が上流側から順に配置される。温度センサ132は熱源器81から流出する冷水の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 The chilled water side heat source return line 122 is a path along which the heat medium flows from the heat source device 81 to the chilled water tank 82. The chilled water side heat source return line 122 is equipped with a temperature sensor 133, valves 309, 310, 311, and 312, arranged in this order from upstream to downstream. The temperature sensor 132 measures the temperature of the chilled water flowing out from the heat source device 81 and outputs the measurement result to the control device 90.
冷水タンク82には、冷水往ライン111a及び冷水復ライン111bが接続される。冷水往ライン111aの冷水タンク82の近傍には、バルブ315、水用フィルタ134、バルブ316が配置される。冷水復ライン111bには、バルブ313及びバルブ314が配置される。 The cold water tank 82 is connected to the cold water supply line 111a and the cold water return line 111b. Valve 315, water filter 134, and valve 316 are located on the cold water supply line 111a near the cold water tank 82. Valves 313 and 314 are located on the cold water return line 111b.
冷水タンク82の各ラインの接続位置(ポート位置)は、冷水タンク82内に貯留される熱媒体(冷水)の温度成層を考慮して設定されることが好ましい。図7は、冷水タンク82に接続される各ラインの接続位置を示す模式図である。 The connection positions (port positions) of each line in the chilled water tank 82 are preferably set taking into consideration the temperature stratification of the heat transfer medium (chilled water) stored in the chilled water tank 82. Figure 7 is a schematic diagram showing the connection positions of each line connected to the chilled water tank 82.
図7に示すように、冷水タンク82に貯留される冷水には上層部になる程温度が高く、下層部になる程温度が低くなる温度成層が形成される。冷水タンク82の各ラインの接続位置は、高い方から順に、冷水復ライン111b、冷水側熱源復ライン122、冷水往ライン111a、冷水側熱源往ライン121になるように設定される。 As shown in Figure 7, the chilled water stored in the chilled water tank 82 is thermally stratified, with the temperature higher in the upper layers and lower in the lower layers. The connection positions of each line in the chilled water tank 82 are set to be, in order from highest to lowest, chilled water return line 111b, chilled water side heat source return line 122, chilled water supply line 111a, and chilled water side heat source supply line 121.
冷水復ライン111bは、モジュール11の冷却を行った後の相対的に最も高い温度(例えば、36℃)の冷水が戻る配管である。冷水復ライン111bは、最も高い位置に接続されているので、冷水往ライン111aから送り出される冷水への高い温度の冷水の混合を抑制できる。冷水側熱源復ライン122は、熱源器81で冷却された冷水(例えば、30℃)が戻される配管であり、冷水復ライン111bの接続位置の次に高い位置に接続されている。冷水側熱源復ライン122を通じて戻ってきた冷水は、温度成層の下層側に移動する。 The cold water return line 111b is a pipe that returns cold water at the relatively highest temperature (e.g., 36°C) after cooling the module 11. Because the cold water return line 111b is connected at the highest position, it is possible to prevent high-temperature cold water from mixing with the cold water sent out from the cold water supply line 111a. The cold water side heat source return line 122 is a pipe that returns cold water (e.g., 30°C) cooled by the heat source device 81, and is connected at the next highest position after the connection position of the cold water return line 111b. The cold water that returns via the cold water side heat source return line 122 moves to the lower side of the temperature stratification.
冷水往ライン111aは、冷水側熱源復ライン122の接続位置の次に高い位置に接続されているので、熱源器81で冷却された冷水の温度を大きく上昇させることなく低い温度(例えば、31℃)を維持したままモジュール11の上流側に送りだす。冷水側熱源往ライン121は、最も低い位置に接続されており、冷水往ライン111aからモジュール11に送り出されなかった低温(例えば、33℃)の冷水を熱源器81に送りだす。 The chilled water supply line 111a is connected at the next highest point after the chilled water heat source return line 122, so it sends out the chilled water cooled by the heat source device 81 to the upstream side of the module 11 while maintaining a low temperature (e.g., 31°C) without significantly increasing the temperature. The chilled water supply line 121 is connected at the lowest point, so it sends out low-temperature (e.g., 33°C) chilled water that was not sent from the chilled water supply line 111a to the module 11 to the heat source device 81.
次に、図5に戻り、熱源低温水回路86に含まれるインタークーラ64、真空ポンプ62及び二酸化炭素回収用ポンプ63等の対象機器を冷却するとともに熱媒体の温度を高める機器熱回収回路87について説明する。 Next, returning to Figure 5, we will explain the equipment heat recovery circuit 87, which cools the target equipment, such as the intercooler 64, vacuum pump 62, and carbon dioxide recovery pump 63, included in the heat source low-temperature water circuit 86, and raises the temperature of the heat medium.
機器熱回収回路87は、熱源低温水回路86に対して並列に接続される。本実施形態の機器熱回収回路87は、インタークーラ64と熱交換を行う第1機器熱冷却ライン126と、真空ポンプ62及び二酸化炭素回収用ポンプ63と熱交換を行う第2機器熱冷却ライン127と、を備える。 The equipment heat recovery circuit 87 is connected in parallel to the heat source low-temperature water circuit 86. In this embodiment, the equipment heat recovery circuit 87 includes a first equipment thermal cooling line 126 that exchanges heat with the intercooler 64, and a second equipment thermal cooling line 127 that exchanges heat with the vacuum pump 62 and the carbon dioxide recovery pump 63.
第1機器熱冷却ライン126は、その上流側の端部が冷水側熱源復ライン122に接続されるとともに、下流側の端部が冷水側熱源往ライン121に接続される。本実施形態では、第1機器熱冷却ライン126の上流側の端部の接続箇所は、冷水側熱源復ライン122におけるバルブ309とバルブ310の間となっている。第1機器熱冷却ライン126の下側側の端部の接続箇所は、冷水側熱源往ライン121におけるバルブ307と冷水側循環用ウォータポンプ821の間となっている。 The upstream end of the first equipment thermal cooling line 126 is connected to the chilled water side heat source return line 122, and the downstream end is connected to the chilled water side heat source supply line 121. In this embodiment, the connection point of the upstream end of the first equipment thermal cooling line 126 is between valves 309 and 310 on the chilled water side heat source return line 122. The connection point of the lower end of the first equipment thermal cooling line 126 is between valve 307 on the chilled water side heat source supply line 121 and the chilled water side circulation water pump 821.
第1機器熱冷却ライン126は、水蒸気凝縮熱を発生させるインタークーラ64に接続され、冷水によりインタークーラ64を冷却して水蒸気凝縮熱を排熱回収する。冷水はインタークーラ64との熱交換により加温された状態で冷水側熱源往ライン121に送られる。 The first equipment heat cooling line 126 is connected to the intercooler 64, which generates steam condensation heat, and cools the intercooler 64 with cold water to recover the steam condensation heat as waste heat. The cold water is heated by heat exchange with the intercooler 64 and then sent to the cold water heat source return line 121.
第1機器熱冷却ライン126のインタークーラ64の上流側には流量センサ841及び温度センサ842が配置され、インタークーラ64の下流側には温度センサ843及びバルブ317が配置される。流量センサ841は、インタークーラ64と熱交換を行う前の熱媒体の流量を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ842は、インタークーラ64と熱交換を行う前の熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ843は、インタークーラ64と熱交換を行った後の熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 A flow rate sensor 841 and a temperature sensor 842 are arranged upstream of the intercooler 64 on the first equipment thermal cooling line 126, and a temperature sensor 843 and a valve 317 are arranged downstream of the intercooler 64. The flow rate sensor 841 measures the flow rate of the heat medium before heat exchange with the intercooler 64 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 842 measures the temperature of the heat medium before heat exchange with the intercooler 64 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 843 measures the temperature of the heat medium after heat exchange with the intercooler 64 and outputs the measurement result to the control device 90.
第2機器熱冷却ライン127は、その上流側の端部が冷水側熱源復ライン122に接続されるとともに、下流側の端部が冷水側熱源往ライン121に接続される。本実施形態では、第2機器熱冷却ライン127の上流側の端部の接続箇所は冷水側熱源復ライン122におけるバルブ310とバルブ311の間となっている。第2機器熱冷却ライン127の下側側の端部の接続箇所は、冷水側熱源往ライン121におけるバルブ307と冷水側循環用ウォータポンプ821の間であり、第1機器熱冷却ライン126の下流側の端部の接続箇所よりも上流側となっている。 The second equipment thermal cooling line 127 has its upstream end connected to the chilled water heat source return line 122 and its downstream end connected to the chilled water heat source supply line 121. In this embodiment, the connection point of the upstream end of the second equipment thermal cooling line 127 is between valve 310 and valve 311 on the chilled water heat source return line 122. The connection point of the lower end of the second equipment thermal cooling line 127 is between valve 307 and chilled water circulation water pump 821 on the chilled water side heat source supply line 121, which is upstream of the connection point of the downstream end of the first equipment thermal cooling line 126.
また、本実施形態の第2機器熱冷却ライン127は、真空ポンプ62を冷却する第1分岐ライン127aと二酸化炭素回収用ポンプ63を冷却する第2分岐ライン127bと、を備える。 In addition, the second equipment thermal cooling line 127 in this embodiment includes a first branch line 127a that cools the vacuum pump 62 and a second branch line 127b that cools the carbon dioxide capture pump 63.
第1分岐ライン127aは、真空ポンプ62に接続され、冷水により真空ポンプ62を冷却する。熱媒体は真空ポンプ62との熱交換により加温された状態で第2分岐ライン127bに合流し、冷水側熱源往ライン121に送られる。 The first branch line 127a is connected to the vacuum pump 62 and cools the vacuum pump 62 with cold water. The heat medium is heated by heat exchange with the vacuum pump 62 and then merges with the second branch line 127b, where it is sent to the cold water heat source supply line 121.
第1分岐ライン127aの真空ポンプ62の上流側には流量センサ851及び温度センサ852が配置され、真空ポンプ62の下流側には温度センサ853が配置される。流量センサ851は、真空ポンプ62と熱交換を行う前の熱媒体の流量を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ852は、真空ポンプ62と熱交換を行う前の熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ853は、真空ポンプ62と熱交換を行った後の冷水の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 A flow rate sensor 851 and a temperature sensor 852 are arranged upstream of the vacuum pump 62 on the first branch line 127a, and a temperature sensor 853 is arranged downstream of the vacuum pump 62. The flow rate sensor 851 measures the flow rate of the heat medium before heat exchange with the vacuum pump 62 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 852 measures the temperature of the heat medium before heat exchange with the vacuum pump 62 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 853 measures the temperature of the chilled water after heat exchange with the vacuum pump 62 and outputs the measurement result to the control device 90.
第2分岐ライン127bは、二酸化炭素回収用ポンプ63に接続され、熱媒体により二酸化炭素回収用ポンプ63を冷却する。熱媒体は二酸化炭素回収用ポンプ63との熱交換により加温された状態で第1分岐ライン127aに合流し、冷水側熱源往ライン121に送られる。 The second branch line 127b is connected to the carbon dioxide capture pump 63 and cools the carbon dioxide capture pump 63 using a heat medium. The heat medium is heated by heat exchange with the carbon dioxide capture pump 63 and then merges with the first branch line 127a, where it is sent to the chilled water heat source supply line 121.
第2分岐ライン127bの二酸化炭素回収用ポンプ63の上流側には流量センサ861及び温度センサ862が配置され、二酸化炭素回収用ポンプ63の下流側には温度センサ863が配置される。流量センサ861は、二酸化炭素回収用ポンプ63と熱交換を行う前の熱媒体の流量を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ862は、二酸化炭素回収用ポンプ63と熱交換を行う前の熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。温度センサ863は、二酸化炭素回収用ポンプ63と熱交換を行った後の熱媒体の温度を計測し、計測結果を制御装置90に出力する。 A flow rate sensor 861 and a temperature sensor 862 are arranged upstream of the carbon dioxide capture pump 63 on the second branch line 127b, and a temperature sensor 863 is arranged downstream of the carbon dioxide capture pump 63. The flow rate sensor 861 measures the flow rate of the heat medium before heat exchange with the carbon dioxide capture pump 63 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 862 measures the temperature of the heat medium before heat exchange with the carbon dioxide capture pump 63 and outputs the measurement result to the control device 90. The temperature sensor 863 measures the temperature of the heat medium after heat exchange with the carbon dioxide capture pump 63 and outputs the measurement result to the control device 90.
第2機器熱冷却ライン127における第1分岐ライン127aと第2分岐ライン127bの分岐部の上流側には機器冷却用ポンプ870が配置される。また、第2機器熱冷却ライン127における第1分岐ライン127aと第2分岐ライン127bの合流部の下流側にはバルブ318及びバルブ319が配置される。 An equipment cooling pump 870 is disposed upstream of the branch point of the first branch line 127a and the second branch line 127b in the second equipment thermal cooling line 127. Furthermore, valves 318 and 319 are disposed downstream of the junction of the first branch line 127a and the second branch line 127b in the second equipment thermal cooling line 127.
本実施形態の機器冷却用ポンプ870は、熱回収を行う対象機器である真空ポンプ62と二酸化炭素回収用ポンプ63の高い圧力損失に妨げられることなく熱媒体を圧送できる十分な揚程を有するカスケードポンプによって構成される。機器冷却用ポンプ870の駆動により生じる熱も冷水によって排熱回収される。 In this embodiment, the equipment cooling pump 870 is composed of a cascade pump with sufficient head to pump the heat medium without being hindered by the high pressure loss of the vacuum pump 62 and carbon dioxide capture pump 63, which are the target equipment for heat recovery. The heat generated by driving the equipment cooling pump 870 is also recovered as exhaust heat using cold water.
以上説明したように、機器熱回収回路87は、インタークーラ64の水蒸気凝縮熱と、真空ポンプ62及び二酸化炭素回収用ポンプ63の排熱と、を熱媒体に回収して対象機器の冷却を行うとともに、熱回収により高い温度ポテンシャルで熱媒体を熱源器81に流入させることが可能となる。 As explained above, the equipment heat recovery circuit 87 recovers the heat of steam condensation from the intercooler 64 and the exhaust heat from the vacuum pump 62 and carbon dioxide recovery pump 63 into a heat medium to cool the target equipment, and the heat recovery enables the heat medium to flow into the heat source device 81 at a high temperature potential.
機器熱回収回路87は、熱源器81で冷却された温度の低い熱媒体を利用して対象機器である真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64の冷却を行う。対象機器(真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64)を冷却して排熱回収した後の冷水は、冷水タンク82(例えば、冷水タンク82の上層の温度の高い場所)から吐出される冷水が流通する冷水側熱源往ライン121に合流し、熱源器81に導入される。排熱回収後の冷水は、適切な温度帯になるように加温されている。 The equipment heat recovery circuit 87 uses the low-temperature heat medium cooled by the heat source device 81 to cool the target equipment, which are the vacuum pump 62, carbon dioxide capture pump 63, and intercooler 64. After cooling the target equipment (vacuum pump 62, carbon dioxide capture pump 63, and intercooler 64) and recovering the exhaust heat, the chilled water merges with the chilled water side heat source supply line 121, through which chilled water discharged from the chilled water tank 82 (for example, the upper temperature location of the chilled water tank 82) flows, and is introduced into the heat source device 81. After recovering the exhaust heat, the chilled water is heated to an appropriate temperature range.
本実施形態では、冷水の冷却を行うためのラジエータバイパスライン123又は冷水の加温を行うためのヒータバイパスライン124により、熱源器81に入る前に更に適切な温度帯に調整されるので、熱負荷変動の大きい運転においても、時系列での熱変動を平滑化して熱源器81への流入温度を一定にすることが可能となっている。 In this embodiment, the radiator bypass line 123 for cooling the cold water or the heater bypass line 124 for heating the cold water further adjusts the temperature to an appropriate range before entering the heat source device 81. This makes it possible to smooth out heat fluctuations over time and maintain a constant inflow temperature to the heat source device 81, even during operation with large fluctuations in the heat load.
次に、リザーバタンク88の構成について説明する。リザーバタンク88は、熱媒体を貯留可能なタンクである。リザーバタンク88は、温水タンク83に接続されるとともに、冷水タンク82に接続される。リザーバタンク88と温水タンク83の間にはバルブ320が配置され、リザーバタンク88と冷水タンク82の間にはバルブ320が配置される。温水タンク83に貯留される熱媒体の貯留量調整の必要がある場合にバルブ320が開かれ、リザーバタンク88と温水タンク83の間で熱媒体が移送される。同様に、冷水タンク82に貯留される熱媒体の貯留量調整の必要がある場合にバルブ321が開かれ、リザーバタンク88と冷水タンク82の間で熱媒体が移送される。リザーバタンク88の内部には貯留量を把握するためのレベルセンサ880が配置される。レベルセンサ880の計測結果は制御装置90に出力される。制御装置90は、レベルセンサ880の計測結果をリザーバタンク88の利用可否の判断等に用いる。 Next, the configuration of the reservoir tank 88 will be described. The reservoir tank 88 is a tank capable of storing a heat transfer medium. The reservoir tank 88 is connected to the hot water tank 83 and the cold water tank 82. A valve 320 is arranged between the reservoir tank 88 and the hot water tank 83, and another valve 320 is arranged between the reservoir tank 88 and the cold water tank 82. When the amount of heat transfer medium stored in the hot water tank 83 needs to be adjusted, the valve 320 is opened, and the heat transfer medium is transferred between the reservoir tank 88 and the hot water tank 83. Similarly, when the amount of heat transfer medium stored in the cold water tank 82 needs to be adjusted, the valve 321 is opened, and the heat transfer medium is transferred between the reservoir tank 88 and the cold water tank 82. A level sensor 880 is arranged inside the reservoir tank 88 to monitor the amount of storage. The measurement results of the level sensor 880 are output to the control device 90. The control device 90 uses the measurement results of the level sensor 880 to determine whether the reservoir tank 88 can be used.
<機器熱回収制御>
制御装置90は、流量センサ231と温度センサ232の出力信号を取得し、熱源器81に流入する温水の流量及び温度をモニタするとともに、流量センサ131と温度センサ132の出力信号を取得し、熱源器81に流入する冷水の流量及び温度をモニタする。
<Equipment heat recovery control>
The control device 90 acquires the output signals of the flow rate sensor 231 and the temperature sensor 232 to monitor the flow rate and temperature of the hot water flowing into the heat source device 81, and acquires the output signals of the flow rate sensor 131 and the temperature sensor 132 to monitor the flow rate and temperature of the cold water flowing into the heat source device 81.
また、制御装置90は、対象機器に流入する冷水の流量、入口温度及び出口温度をモニタする。より具体的には、制御装置90は、流量センサ841、温度センサ842及び温度センサ843の出力信号を取得し、インタークーラ64に流入する冷水の流量及び温度を取得するとともに、インタークーラ64冷却後の冷水の出口温度を取得する。また、制御装置90は、流量センサ851、温度センサ852及び温度センサ853の出力信号を取得し、真空ポンプ62に流入する冷水の流量及び温度を取得するとともに、真空ポンプ62冷却後の冷水の出口温度を取得する。また、制御装置90は、流量センサ861、温度センサ862及び温度センサ863の出力信号を取得し、二酸化炭素回収用ポンプ63に流入する冷水の流量及び温度を取得するとともに、二酸化炭素回収用ポンプ63冷却後の冷水の出口温度を取得する。 The control device 90 also monitors the flow rate, inlet temperature, and outlet temperature of the chilled water flowing into the target equipment. More specifically, the control device 90 acquires output signals from flow rate sensor 841, temperature sensor 842, and temperature sensor 843 to acquire the flow rate and temperature of the chilled water flowing into the intercooler 64, as well as the outlet temperature of the chilled water after cooling by the intercooler 64. The control device 90 also acquires output signals from flow rate sensor 851, temperature sensor 852, and temperature sensor 853 to acquire the flow rate and temperature of the chilled water flowing into the vacuum pump 62, as well as the outlet temperature of the chilled water after cooling by the vacuum pump 62. The control device 90 also acquires output signals from flow rate sensor 861, temperature sensor 862, and temperature sensor 863 to acquire the flow rate and temperature of the chilled water flowing into the carbon dioxide capture pump 63, as well as the outlet temperature of the chilled water after cooling by the carbon dioxide capture pump 63.
制御装置90は、各種のモニタ結果に基づいてバルブ301~321の開閉制御及び流量調整制御を行う。例えば、熱源器81に流入する冷水の温度が低い場合には、バルブ317~319を制御して対象機器(真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64)への冷水の流入量を増やして冷水の温度を上昇させる制御を行う。この際、対象機器に設定される好ましい温度帯を外れないように流量又は開閉制御されることが好ましい。 The control device 90 controls the opening and closing of valves 301-321 and adjusts the flow rate based on various monitor results. For example, if the temperature of the chilled water flowing into the heat source device 81 is low, it controls valves 317-319 to increase the amount of chilled water flowing into the target equipment (vacuum pump 62, carbon dioxide capture pump 63, and intercooler 64) and raise the temperature of the chilled water. In this case, it is preferable to control the flow rate or opening and closing so that the temperature does not deviate from the desired temperature range set for the target equipment.
このように、本実施形態の二酸化炭素回収装置1は、熱源器81に流入する冷却用熱媒体の温度が予め設定される適切な範囲になるように機器熱回収回路87の経路を制御する制御装置90を更に備える。 As such, the carbon dioxide recovery device 1 of this embodiment further includes a control device 90 that controls the path of the equipment heat recovery circuit 87 so that the temperature of the cooling heat medium flowing into the heat source device 81 is within a predetermined appropriate range.
これにより、外部環境の変化等に起因する熱変動にも対応でき、よりエネルギー効率の高い二酸化炭素回収装置1の構成を実現できる。 This allows the carbon dioxide capture device 1 to adapt to thermal fluctuations caused by changes in the external environment, etc., and achieves a more energy-efficient configuration.
なお、本実施形態では、バルブ301~321は、制御装置90によって自動制御される構成であるが、自動制御を行わない場合は手動式のものを利用してもよい。 In this embodiment, the valves 301 to 321 are configured to be automatically controlled by the control device 90, but if automatic control is not required, manual valves may also be used.
以上説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収装置1は、吸着材12を内部に有し、吸着材12に対して二酸化炭素を含む気体を吸引して二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、吸着材12の周囲を減圧した状態で加熱することにより当該吸着材12から二酸化炭素を脱離する脱離工程と、を実行する複数のモジュール11と、温水を加熱するとともに冷水を冷却するヒートポンプ式の熱源器81と、モジュール11のそれぞれに対して温水(加熱用熱媒体)を供給して加熱する温水ライン(加熱用熱媒体ライン)112と、冷水(冷却用熱媒体)を供給して冷却する冷水ライン(冷却用熱媒体ライン)111とを有する熱交換装置70と、を備え、熱交換装置70は、熱源器81で加熱された温水を貯留する温水タンク(加熱用熱媒体タンク)83を含み、当該温水タンク83と熱源器81の間で温水を循環させる熱源高温水回路85と、熱源器81で冷却された冷水を貯留する冷水タンク(冷却用熱媒体タンク)82を含み、当該冷水タンク82と熱源器81の間で冷水を循環させる熱源低温水回路86と、熱源低温水回路86から分岐し、吸着工程又は脱離工程を行うための対象機器(真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64等)を経由して熱源低温水回路86の熱源器81への流入側に接続され、対象機器から排熱回収を行った冷水を熱源器81に戻す機器熱回収回路87と、を有する。 As explained above, the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment includes a plurality of modules 11 that have adsorbents 12 therein and perform an adsorption process in which a gas containing carbon dioxide is drawn into the adsorbent 12 to adsorb the carbon dioxide, and a desorption process in which the adsorbent 12 is heated under reduced pressure to desorb carbon dioxide from the adsorbent 12; a heat pump-type heat source 81 that heats hot water and cools cold water; and a heat exchanger 70 that has a hot water line (heating heat medium line) 112 that supplies hot water (heating heat medium) to each of the modules 11 for heating, and a cold water line (cooling heat medium line) 111 that supplies cold water (cooling heat medium) for cooling, and the heat exchanger 7 0 includes a hot water tank (heating heat medium tank) 83 that stores hot water heated by a heat source device 81 and a heat-source high-temperature water circuit 85 that circulates hot water between the hot water tank 83 and the heat source device 81; a cold water tank (cooling heat medium tank) 82 that stores cold water cooled by the heat source device 81 and a heat-source low-temperature water circuit 86 that circulates cold water between the cold water tank 82 and the heat source device 81; and an equipment heat recovery circuit 87 that branches off from the heat-source low-temperature water circuit 86 and is connected to the inlet side of the heat source device 81 of the heat-source low-temperature water circuit 86 via target equipment (vacuum pump 62, carbon dioxide recovery pump 63, intercooler 64, etc.) that performs the adsorption process or desorption process, and returns cold water that has recovered exhaust heat from the target equipment to the heat source device 81.
これにより、高温熱の生成と対象機器の冷却を両立しつつ、機器熱回収回路87の排熱効果により熱源器81の温度差を低減させて高いCOPを得ることができ、必要電力の抑制も可能となる。図8は、熱源器81に導入される熱媒体の温度差とCOPの関係を模式的に示すグラフである。図8に示すように、熱源器81に導入される高温側の熱媒体と低温側の熱媒体の間の温度差が大きくなればなる程、COPは低下してしまう。例えば、外気温が低い環境で温の熱媒体と低温の熱媒体の間で熱交換を行う場合、高温側と低温側の熱媒体の温度差が大きくなり、COPが低下する。この点、本実施形態の構成によれば、対象機器の冷却を低温の熱媒体で冷却し、この冷却で加温された熱媒体を熱源器81の低温側に流入させることができ、COPを向上させることができる。 This allows for both the generation of high-temperature heat and the cooling of the target equipment, while also reducing the temperature difference in the heat source device 81 through the heat exhaust effect of the equipment heat recovery circuit 87, resulting in a high COP and reducing the amount of power required. Figure 8 is a graph schematically illustrating the relationship between the temperature difference in the heat medium introduced into the heat source device 81 and COP. As shown in Figure 8, the greater the temperature difference between the high-temperature and low-temperature heat medium introduced into the heat source device 81, the lower the COP. For example, when heat exchange is performed between a warm heat medium and a low-temperature heat medium in an environment with a low outside air temperature, the temperature difference between the high-temperature and low-temperature heat medium increases, resulting in a lower COP. In this regard, the configuration of this embodiment allows the target equipment to be cooled using a low-temperature heat medium, and the heat medium warmed by this cooling can be flowed into the low-temperature side of the heat source device 81, thereby improving the COP.
また、本実施形態では、モジュール11を冷却した排熱回収後の冷水を、冷水タンク82を介して熱源器81の流入側に戻している。 In addition, in this embodiment, the cold water used to cool the module 11 and recover the exhaust heat is returned to the inlet side of the heat source device 81 via the cold water tank 82.
これにより、モジュール11の冷却時の排熱を利用して熱源器81に流入する冷水の温度を上昇させてCOPを効率的に向上させることができる。 This allows the exhaust heat generated when cooling the module 11 to be used to raise the temperature of the cold water flowing into the heat source device 81, thereby efficiently improving the COP.
また、本実施形態の二酸化炭素回収装置1は、冷却用熱媒体を熱源器81への流入側に送るカスケードポンプとしての機器冷却用ポンプ870を更に備える。 In addition, the carbon dioxide capture device 1 of this embodiment further includes an equipment cooling pump 870 as a cascade pump that sends the cooling heat medium to the inlet side of the heat source device 81.
これにより、他の形式のポンプよりも発生する熱が多いカスケードポンプで構成されるので、機器冷却用ポンプ870自身の排熱も利用して熱源器81に流入する冷水の加温を効率的に行うことができる。 As a result, since the equipment is configured with a cascade pump that generates more heat than other types of pumps, the exhaust heat of the equipment cooling pump 870 itself can also be used to efficiently heat the cold water flowing into the heat source device 81.
また、本実施形態では、機器熱回収回路87は、熱源低温水回路86から複数に分岐した経路(第1機器熱冷却ライン126、第2機器熱冷却ライン127)のそれぞれに対象機器(真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64等)が配置され、複数の対象機器のそれぞれで排熱回収を行った冷水を集合して熱源器81に戻すように構成される。 In addition, in this embodiment, the equipment heat recovery circuit 87 is configured such that target equipment (such as a vacuum pump 62, a carbon dioxide recovery pump 63, and an intercooler 64) is arranged on each of the multiple paths (first equipment heat cooling line 126, second equipment heat cooling line 127) branching off from the heat source low-temperature water circuit 86, and the cold water that has recovered exhaust heat from each of the multiple target equipment is collected and returned to the heat source device 81.
これにより、対象機器ごとに適切な温度で冷却を行いつつ、排熱回収を行うことができ、よりエネルギー効率が高いシステム運用を実現できる。 This allows each device to be cooled to the appropriate temperature while recovering exhaust heat, resulting in more energy-efficient system operation.
上記実施形態では、真空ポンプ62、二酸化炭素回収用ポンプ63及びインタークーラ64の対象機器は、機器熱回収回路87上で、それぞれ並列に配置されているが、この構成に限定される訳ではない。対象機器は、機器熱回収回路87上で直列に配置することもできる。機器熱回収回路87上で直列に対象機器は配置する場合、例えば、熱回収後の熱媒体でインタークーラ64の水蒸気を凝縮可能な場合、真空ポンプ62や二酸化炭素回収用ポンプ63を上流側に配置し、インタークーラ64を下流側に配置することもできる。この構成では、インタークーラ64に比べてより低温の熱媒体が要求される真空ポンプ62や二酸化炭素回収用ポンプ63が先に冷却されることになるので、真空ポンプ62や二酸化炭素回収用ポンプ63の冷却後の熱媒体でインタークーラ64の冷却も行うことができる。最も低温での冷却を必要とする対象機器に対して、優先的に低温の熱媒体を供給することにより、十分な冷却性能を実現できる。この構成によっても、インタークーラ64の冷却により加温された熱媒体を熱源器81の流入側に導入することができる。 In the above embodiment, the target devices, namely the vacuum pump 62, the carbon dioxide capture pump 63, and the intercooler 64, are arranged in parallel on the device heat recovery circuit 87, but this configuration is not limited to this. The target devices can also be arranged in series on the device heat recovery circuit 87. When arranging the target devices in series on the device heat recovery circuit 87, for example, if the heat medium after heat recovery can condense the water vapor in the intercooler 64, the vacuum pump 62 and the carbon dioxide capture pump 63 can be arranged upstream and the intercooler 64 can be arranged downstream. In this configuration, the vacuum pump 62 and the carbon dioxide capture pump 63, which require a lower temperature heat medium than the intercooler 64, are cooled first. Therefore, the intercooler 64 can also be cooled with the heat medium after cooling the vacuum pump 62 and the carbon dioxide capture pump 63. By preferentially supplying a lower temperature heat medium to the device requiring the lowest temperature cooling, sufficient cooling performance can be achieved. With this configuration, the heat medium heated by the intercooler 64 can also be introduced into the inlet side of the heat source 81.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態や変形例に限るものではない。また、上記実施形態に記載された効果は、好適な効果を列挙したに過ぎず、上記実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 The above describes embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and variations. Furthermore, the effects described in the above embodiments are merely a list of preferred effects, and are not limited to those described in the above embodiments.
1 二酸化炭素回収装置
11 モジュール
12 吸着材
62 真空ポンプ(対象機器)
63 二酸化炭素回収用ポンプ(対象機器)
64 インタークーラ(対象機器)
70 熱交換装置
80 熱源回路
81 熱源器
82 冷水タンク(冷却用熱媒体タンク)
83 温水タンク(加熱用熱媒体タンク)
85 熱源高温水回路
86 熱源低温水回路
87 機器熱回収回路
90 制御装置
111 冷水ライン(冷却用熱媒体ライン)
111a 冷水往ライン(冷却用熱媒体往ライン)
111b 冷水復ライン(冷却用熱媒体復ライン)
112 温水ライン(加熱用熱媒体ライン)
112a 温水往ライン(加熱用熱媒体往ライン)
112b 温水復ライン(加熱用熱媒体復ライン)
870 機器冷却用ポンプ(カスケードポンプ)
1 Carbon dioxide capture device 11 Module 12 Adsorbent 62 Vacuum pump (target equipment)
63 Carbon dioxide capture pump (target equipment)
64 Intercooler (target equipment)
70 Heat exchange device 80 Heat source circuit 81 Heat source device 82 Cold water tank (cooling heat medium tank)
83 Hot water tank (heating medium tank)
85 Heat source high temperature water circuit 86 Heat source low temperature water circuit 87 Equipment heat recovery circuit 90 Control device 111 Cold water line (cooling heat medium line)
111a Cold water outgoing line (cooling heat medium outgoing line)
111b Cold water return line (cooling heat medium return line)
112 Hot water line (heating medium line)
112a Hot water outgoing line (heating medium outgoing line)
112b Hot water return line (heating medium return line)
870 Equipment cooling pump (cascade pump)
Claims (5)
加熱用熱媒体を加熱するとともに冷却用熱媒体を冷却するヒートポンプ式の熱源器と、前記モジュールのそれぞれに対して前記加熱用熱媒体を供給して加熱する加熱用熱媒体ラインと、前記冷却用熱媒体を供給して冷却する冷却用熱媒体ラインとを有する熱交換装置と、
を備え、
前記熱交換装置は、
前記熱源器で加熱された前記加熱用熱媒体を貯留する加熱用熱媒体タンクを含み、当該加熱用熱媒体タンクと前記熱源器の間で前記加熱用熱媒体を循環させる熱源高温水回路と、
前記熱源器で冷却された前記冷却用熱媒体を貯留する冷却用熱媒体タンクを含み、当該冷却用熱媒体タンクと前記熱源器の間で前記冷却用熱媒体を循環させる熱源低温水回路と、
前記熱源低温水回路から分岐し、前記吸着工程又は前記脱離工程を行うための対象機器を経由して前記熱源低温水回路の前記熱源器への流入側に接続され、前記対象機器から排熱回収を行った前記冷却用熱媒体を前記熱源器に戻す機器熱回収回路と、
を有する、
二酸化炭素回収装置。 a plurality of modules each having an adsorbent therein, each performing an adsorption step of drawing a gas containing carbon dioxide into the adsorbent to adsorb the carbon dioxide, and a desorption step of heating the adsorbent under a reduced pressure around the adsorbent to desorb the carbon dioxide from the adsorbent;
a heat pump type heat source unit that heats a heating heat medium and cools a cooling heat medium, a heat exchange device having a heating heat medium line that supplies the heating heat medium to each of the modules for heating, and a cooling heat medium line that supplies the cooling heat medium to each of the modules for cooling;
Equipped with
The heat exchange device is
a heat source high-temperature water circuit including a heating heat medium tank that stores the heating heat medium heated by the heat source device, and circulating the heating heat medium between the heating heat medium tank and the heat source device;
a heat source low-temperature water circuit including a cooling heat medium tank that stores the cooling heat medium cooled by the heat source device, and circulating the cooling heat medium between the cooling heat medium tank and the heat source device;
an equipment heat recovery circuit that branches off from the heat-source low-temperature water circuit, passes through a target device for performing the adsorption process or the desorption process, and is connected to the inlet side of the heat-source low-temperature water circuit to the heat source device, and returns the cooling heat medium that has recovered exhaust heat from the target device to the heat source device;
having
Carbon dioxide capture equipment.
請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。 the cooling heat medium after cooling the module and recovering the exhaust heat is returned to the inlet side of the heat source device via the cooling heat medium tank.
The carbon dioxide capture device according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の二酸化炭素回収装置。 The cooling system further includes a cascade pump that sends the cooling heat medium to an inlet side of the heat source device.
The carbon dioxide recovery device according to claim 1 or 2.
前記熱源低温水回路から複数に分岐した経路のそれぞれに前記対象機器が配置され、
複数の前記対象機器のそれぞれで排熱回収を行った前記冷却用熱媒体を集合して前記熱源器に戻す、
請求項1又は2に記載の二酸化炭素回収装置。 The equipment heat recovery circuit includes:
the target devices are arranged in each of a plurality of paths branching from the heat-source low-temperature water circuit,
the cooling heat medium from which the exhaust heat has been recovered in each of the plurality of target devices is collected and returned to the heat source device;
The carbon dioxide recovery device according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の二酸化炭素回収装置。
a control device that controls a path of the equipment heat recovery circuit so that the temperature of the cooling heat medium flowing into the heat source device is within a predetermined appropriate range;
The carbon dioxide recovery device according to claim 1 or 2.
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